На сегодняшний день экологическая оценка является очень актуальной в связи с увеличением давления на экологические системы. А ландшафты и их компоненты являются самыми уязвимыми. Из-за роста численности населения, который сопровождается развитием сельского хозяйства и промышленности на природные ландшафты оказываются повышенное давление. В связи с этим было решено проведение геоэкологической оценки антропогенного воздействия на ландшафты левобережья реки Ертис и составление карты, которая будет отражать интенсивность антропогенной нагрузки в данный период. Геоэкологическая оценка антропогенной нагрузки подразумевает оценку уровня антропогенной нагруженности территории и зонирование исследуемой территории по уровням антропогенной нагрузки.
Вдоль долины левобережья реки Ертис Павлодарской области расположились Иртышский (село Иртышск), Актогайский (село Актогай), Аксуский (г.Аксу), Екибастузский (г.Екибастуз), Баянаульский (село Баянаул) и Майский (село Коктобе) районы. Также на левобережье реки Ертис находятся два промышленных города Павлодарской области г.Аксу.
В качестве объекта исследования были взяты пойменные озера левобережья реки Ертис, которые были выявлены на основе данных цифровой модели рельефа. Для определения территории исследования была создана буферная зона в радиусе 3 км от пойменного озера для оценки антропогенной загруженности исследуемой территории. Данные по отдельным компонентам были оцифрованы в программном обеспечении ArcGIS 10.4.1 на основе электронных карт Национального Атласа Республики Казахстан. С помощью отдельных инструментов программного обеспечения ArcGIS 10.4.1 и знаний об определений понятия пойменные озера, были выбраны следующие группы пойменных озер (Рис. 1):
Рис. 1 Карта пойменных озер левобережья реки Ертис
Методы оценки антропогенного воздействия на пойменные озера левобережья реки Ертис. Основой для разработки геоэкологической оценки и зонирования явились результаты комплексных исследований состояния пойменных озер левобережья реки Ертис, а именно данные, полученные в ходе исследований свежих космоснимков со спутников Landsat 8, научные концепции, нормативные документы и другие действующие правовые акты, технические отчеты по результатам инженерных и экологических изысканий, методы комплексной оценки уровня антропогенной нагруженности исследуемой территории с использованием 5-ти показателей (площадь населенных пунктов, плотность населения, площадь техногенных преобразований, нагруженность транспортной сети и площадь пашней и сенокосов), статистические данные, картографические материалы и открытые данные предоставленные на официальных сайтах исследуемого региона.
Для разработки геоэкологической оценки антропогенного воздействия на пойменные озера левобережья реки Ертис были применены следующие методы:
— Методика оценки антропогенной нагрузки на пойменные озера района с учетом их региональных особенностей;
— Балльно-рейтинговый метод.
Для определения уровня восприимчивости к антропогенному воздействию и способности естественной экосистемы к самовосстановлению проводится прямая или косвенная оценка их устойчивости, которая влияет на дальнейший результат неблагоприятного воздействия антропогенного воздействия.
Для определения степени антропогенной нагрузки на пойменные озера левобережья реки Ертис были изучены космические снимки, государственная статистика и национальный атлас. В работе учитывались 5 ключевых показателей, а именно:
— Плотность населения, чел/км2
— Площадь населенных пунктов, %
— Площадь техногенных образований, %
— Дорожная сеть, км на 1км2
— Посевная площадь, %
Далее был определен алгоритм определения антропогенной нагрузки на пойменные озера с помощью программного обеспечения ArcGIS 10.4.1:
1) Векторизация материалов ДЗЗ в цифровую форму;
2) Распределения основных показателей по каждому ландшафту с помощью инструмента intersect (пересечение);
3) Распределения удельного веса согласно величины определенного показателя;
4) Расчет антропогенной нагрузки на каждый ландшафт с помощью формулы, предложенной Петровым К.М (1998).
Основные оценочные показатели антропогенного воздействия на пойменные озера рассчитываются по предложенному алгоритму на основе обработанных спутниковых снимков:
— Отношение площади населенных пунктов (в процентах) к единице площади исследуемой территории определяется на основе комбинации каналов данных Landsat 8: 7–6–4 (Ложные цвета, город) и расчитывается в виде отношения площадей населенных пунктов к площади данной исследуемой территории.
— Плотность населения, (человек/км2) — соотношение численности населения на единицу площади исследуемой территории определяется с использованием статистических данных, предоставляемых в ежегодных бюллетенях агентства статистического бюро Республики Казахстан и рассчитывается в виде отношения количества человек, проживающих в пределах определенной местности исследуемой территории к площади данной территории.
— Транспортная нагрузка (км/км2) — определяется на основе комбинации каналов 4–3–2 (Естественные цвета) и рассчитывается в виде отношения длины транспортной сети к площади данной исследуемой территории.
— Площадь техногенных образований (в процентах) определяется на основе комбинации каналов данных Landsat 8: 4 3 2 (Естественные цвета) и рассчитывается в виде отношения площади техногенных образований на единицу площади исследуемой территории.
— Показатель пашни в пойменные озераной структуре описывает процент земель, которые регулярно обрабатываются и используются для посева сельскохозяйственных культур. Определяется на основе комбинации каналов данных Landsat 8: 6 5 2 (Сельское хозяйство) и рассчитывается в виде отношения площади пашней на единицу площади исследуемой территории.
При оценке степени антропогенной нагрузки на пойменные озера показатели по каждому выбранному параметру переводятся в баллы (например, от 0 до 4) и затем суммируются для получения интегрального показателя. Для вычисления интегрального показателя (U) необходимо использовать формулу, предложенную Петровым К. М. (1998):
где n — количество факторов;
xi — балльная оценка фактора i;
ki — весовой коэффициент фактора i.
Весовые коэффициенты следует определять экспертным методом на основе анализа показателей степени антропогенного воздействия на ландшафты.
По результатам выполнения вышеуказанных работ нужно создать картографическое представление о ландшафтном районировании исследуемой территории по степени антропогенной нагрузки, определить градации степени антропогенной нагрузки на ландшафт по полученному интегральному показателю (U), например: <0,5 — незначительно; 0,5–1 — слабый; 1–2 — средний; 2–3 — сильный, 3–4 — очень сильный. Сделать анализ полученных результатов и выявить основные закономерности степени воздействия.
При оценке степени антропогенной нагрузки на пойменные озера учитываются параметры разрушения компонентов природной системы. В результате получается классификационная модель, параметры которой различаются как по типу, так и по степени воздействия в зависимости от конкретной антропогенной нагрузки (Таблица 1). Для определения степени антропогенного воздействия вводятся экспертные оценки, отражающие относительную степень антропогенной трансформации при разделении отдельных параметров. Необходимо использовать нормированные показатели антропогенных нагрузок на геосистему (В. В. Рюмин, 1990; С. Г. Макевнин и др., 1991; Н. Ф. Реймерс. 1994). Знание норм экологических пределов использования геосистем позволяет дифференцировать территорию по степени антропогенной нагрузки на геосистему, а также использовать их результаты для оптимизации структуры природопользования.
Таблица 1
Модель шкалы ключевых показателей зонирования по степени антропогенной нагрузки
|
Показатели |
Баллы |
||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Площадь населенных пунктов, % |
- |
0,5 и ниже |
0,5–1 |
1–2 |
2 и выше |
|
Плотность населения, чел/км 2 |
- |
5 и ниже |
5–10 |
10–20 |
20 и выше |
|
Нагрузка транспортной сети, км/км 2 |
- |
0,05 и ниже |
0,05–0,1 |
0,1–0,2 |
0,2 и выше |
|
Площадь техногенных образований, % |
- |
0,1 и ниже |
0,1–0,5 |
0,5–1 |
1 и выше |
|
Посевная площадь, % |
- |
5 и ниже |
5–20 |
20–40 |
40 и выше |
Примечание: составлена автором по Исаченко А. Г., 1974; Кочурова Б. И., 1999; Антюфеева Т. В., 2004.
Плотность населения (человек/км 2 ) — количество жителей на единицу исследуемой территории. Создание лимита плотности населения в зависимости от местных особенностей населения с учетом современных классификаций. В данном исследовании описаны пять уровней: без населения — 0 баллов, 5 человек км 2– 1 балл, 5–10 человек/км 2– 2 балла, 10–20 человек/км 2 -
3 балла, 20 человек км 2– 4 балла.
Транспортная нагрузка (км/км 2 ) — длина дороги на единицу исследуемой территории. Показатели загруженности дорог были проанализированы в зависимости от местных условий: нет — 0 баллов, 0,05 км/км 2– 1 балл, 0,05–0,1 км/км 2– 2 балла, 0,1–0,2 км/км 2– 3 балла, 0,2 км/км 2– 4 балла.
Все остальные показатели так же были преобразованы в бальную систему согласно таблице 1.
Согласно В. В. Рюмину (1990), верхний экологический предел (%) техногенных образований (карьеров, шахт, свалок и т. д.) не должен превышать 3 % площади ландшафта.
Площадь населенных пунктов (%), согласно Н. Ф. Реймерсу (1994), не должен превышать 10 % в пределах местного типа земли. Этот показатель является верхней экологической границей воздействия на ландшафт.
Оптимальная нагрузка на пашню составляет 30–50 % (Климина Е. М., 2003), верхний экологический предел таких воздействий не должен превышать 60 % (Реймерс Н. Ф., 1990).
Все показатели были рассчитаны на уровне баллов (4-х бальная система) (таблица 3), а затем умножены на соответствующий весовой коэффициент (таблица 4). В результате сумма показателей была разделена на количество показателей для определения величины антропогенной нагрузки.
Таблица 2
Прямые показатели
|
Номер |
Население, чел/км2 |
Населенный пункт, % |
Техногенное образование, % |
Дороги, км/км2 |
Пашни, % |
|
1 |
3,93396647 |
0,97361 |
0,382244 |
0,952163 |
|
|
2 |
5,27618 |
||||
|
3 |
|||||
|
4 |
2,655802668 |
0,116926 |
|||
|
5 |
14,22302925 |
4,536536 |
0,679728 |
3,039399 |
|
|
6 |
16,583712 |
0,854845 |
|||
|
7 |
11,82715174 |
3,938188 |
0,398465 |
3,161265 |
|
|
8 |
10,59172078 |
1,979105 |
0,103816 |
||
|
9 |
7,445031828 |
1,074998 |
0,235205 |
12,783633 |
|
|
10 |
21,04959702 |
||||
|
11 |
2,819311433 |
0,086692 |
4,63523 |
||
|
12 |
7,92565 |
||||
|
13 |
|||||
|
14 |
26,52097948 |
0,693993 |
0,456345 |
12,832938 |
|
|
15 |
13,292943 |
||||
|
16 |
10,34046702 |
2,894002 |
0,458451 |
7,888832 |
Таблица 3
Преобразование в бальную систему
|
Номер |
Население, чел/км2 |
Населенный пункт, % |
Техногенное образование, % |
Дороги, км/км2 |
Пашни, % |
|
1 |
1 |
2 |
0 |
4 |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
3 |
0 |
|
5 |
3 |
4 |
0 |
4 |
1 |
|
6 |
0 |
0 |
4 |
4 |
0 |
|
7 |
3 |
4 |
0 |
4 |
1 |
|
8 |
3 |
3 |
0 |
3 |
0 |
|
9 |
2 |
3 |
0 |
4 |
2 |
|
10 |
4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
11 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
12 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
14 |
4 |
2 |
0 |
4 |
2 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
|
16 |
3 |
4 |
0 |
4 |
1 |
Таблица 4
Умножение на коэффициент удельного веса (плотность населения — х5, техногенные образования — х4, площадь населенных пунктов — х3, нагрузка транспортной сети — х1, площадь посевов — х2)
|
Номер |
Население, чел/км2 |
Населенный пункт, % |
Техногенное образование, % |
Дороги, км/км2 |
Пашни, % |
Сумма |
U |
|
1 |
5 |
6 |
0 |
4 |
2 |
17 |
3 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
2 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
5 |
0 |
0 |
3 |
0 |
8 |
2 |
|
5 |
15 |
12 |
0 |
4 |
2 |
33 |
7 |
|
6 |
0 |
0 |
16 |
4 |
0 |
20 |
4 |
|
7 |
15 |
12 |
0 |
4 |
2 |
33 |
7 |
|
8 |
15 |
9 |
0 |
3 |
0 |
27 |
5 |
|
9 |
10 |
9 |
0 |
4 |
4 |
27 |
5 |
|
10 |
20 |
0 |
0 |
0 |
0 |
20 |
4 |
|
11 |
5 |
0 |
0 |
1 |
2 |
8 |
2 |
|
12 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
2 |
0 |
|
13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
14 |
20 |
6 |
0 |
4 |
4 |
34 |
7 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4 |
4 |
1 |
|
16 |
15 |
12 |
0 |
4 |
2 |
33 |
7 |
На основе предложенной К. М. Петровым формулы был вычислен интегральный показатель (U) для каждой единицы исследуемой территории, в последствии чего была составлена карта зонирования пойменных озер левобережья реки Ертис по интенсивности антропогенной нагрузки (Рис. 2).
Территории с очень слабым антропогенным воздействием занимают 24 % площади соответственно. В буферной зоне указанных пойменных озер нет населенных пунктов, соответственно плотность населения нулевая. Антропогенная нагрузка отражается только в виде сельского хозяйства. В среднем 8,8 % территорий относятся к пахотным землям.
Категория со слабой антропогенной нагрузкой включает 16 % общей площади левобережья реки Ертис. Эта группа местных земель включает территории с малочисленным населением и соответственно являются территориями с меньшей долей населенных пунктов. Антропогенная нагрузка в основном отражается в виде сельского хозяйства и дорожной сети, но с малой долей заселенности.
Категория со средней антропогенной нагрузкой включает 23 % общей площади левобережья реки Ертис. Средним нагрузкам и, как следствие, большим антропогенным изменениям пойменных озер соответствуют относительно высокая плотность постоянного населения (поселений) и высокая плотность транспортных сетей. Площадь пашень в среднем достигает 0,3 % от общей территории. Площадь населенных пунктов в среднем достигает 1 %, а плотность составляет 12 человек на 1 км 2 . Транспортная сеть составляет 0,7 км на 1 км 2 .
Рис. 2 Карта зонирования пойменных озер левобережья реки Ертис по степени антропогенной нагрузки
7 % площади загружено на относительно высоком уровне. Преимущественно населенные пункты со среднеразвитым сельским хозяйством и небольшой численностью населения. Площадь пахотных земель достигает в среднем 6 % от территории.
Наибольшая степень антропогенной нагрузки занимает целых 30 % от общей территории. Основной вес показателей связан с плотностью населения, техногенными образованиями и долей населенных пунктов, которые показали наибольший уровень в следующих 3 аспектах, а именно, плотность населения — 16 чел/км 2 , процент населенных пунктов к пойменные озерау — 3 %. Кроме того, 7 % территорий буферной зоны пойменных озер занимают пашни. Частота дорог 0,5 км (Рис. 3).
Рис. 3 Процент антропогенной нагрузки по отношению к площади
Общая средняя статистика по 5-ти показателям пойменных озер левобережья реки Ертис:
— Плотность населения — 11 чел/км2.
— Размер процента населенных пунктов — 2,3 %
— Процент площадей техногенных образований — 0,2 %
— Частота дорожной сети — 0,4 км/км2.
— Процент пахотных земель — 7 %
В заключение можно сказать, что левобережье реки Ертис сегодня существенно отягощен интенсивностью антропогенной нагрузки. Большая часть площади загружена на довольно высоком уровне.
Литература:
1. Озгелдинова Ж. О., Рамазанова Н. Е., Жангужина А. А., мукаев Ж. Т., Тенькебаева Ж. Ф. Оценка антропогенных воздействий на геосистемы бассейна реки Сарысу // Actual questions and innovations in science 2. 2019. С. 79–89.
2. Кочуров Б. И. Геоэкология: экодиагностика и эколого-хозяйственный баланс территории. М.: Институт географии РАН, 1999. — 86 с.
3. Эколого-географический анализ территории [Электронный ресурс]: учебно- методическое пособие / АлтГУ, Геогр. фак.; сост.: Л. В. Швецова, Т. В. Антюфеева.
4. Региональная программа «Охрана окружающей стреды Павлодарской области на 2005–2007 годы» // en.government.kz/docs/v04c284620040630~8.htm.
